integrierte bioprozessentwicklung – upstream, downstream und „downstream of downstream”

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und Kapazität gezeigt, wobei verschie- dene nichtionische Tenside (Brij, Triton, Tween) getestet wurden. Der Einsatz von mizellaren Eluenten ermöglicht die Rückgewinnung des Se- lektors, was für die Kreislaufführung und Wiederverwendung des Selektors von großer Bedeutung ist. Mit pH-Shift kann das gebundene Enantiomer freige- setzt werden und der Selektor kann mit Trübungspunkextraktion zurück gewon- nen werden. Als Ausblick wird der Schritt vom Einsatz von Mikroemulsio- nen als Ersatz der mizellaren Phase dis- kutiert. P2.09 Raman Spectroscopy: Stimuli Responsive Hydrogels for Biomedical Applications M. Sc. Eng. A. Naddaf 1) (E-Mail:[email protected]), Prof. Dr. H.-J. Bart 1) 1) Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik, TU Kaiserslautern, Gottlieb-Daimler-Straße 44, D-67663 Kaiserslautern DOI: 10.1002/cite.200750622 Hydrogele sind kovalente oder ionisch vernetzte, hydrophile, dreidimensionale Polymernetze, die in unseren Körpern in einer biologischen Gelform existie- ren. Wegen ihrer besonderen Eigen- schaften wie Biokompatibilität und ihres Quellvermögens in Wasser bekommen Hydrogele immer mehr Aufmerksam- keit. Aufgrund ihres Potenzials werden Hydrogele für Anwendungen in der Biotechnologie sowie zur Lösung von Umweltproblemen eingesetzt. Hydro- gele aus Poly(N-isopropylacrylamid) fin- den große Beachtung in biomedizini- schen Anwendungen, wegen ihrer klar definierten unteren kritischen Lösungs- temperaturen (Lower critical solution temperature, LCST) um 31 – 34 °C in Wasser, was nahezu der Körpertempera- tur entspricht. Außerdem sind sie aus- gezeichnete Biohaftmittel. Sie können sich längere Zeit an die Magenschleim- haut anhaften und dabei langsam ihre eingekapselten Wirkstoffe freisetzen. Folglich werden Hydrogele im biomedi- zinischen Bereich als sehr interessant betrachtet, zum Beispiel beim Tissue Engineering. Mithilfe der konfokalen Raman-Mikroskopie wurde der Effekt von Temperatur und pH-Wert auf das Verhalten von selbst synthetisierten Po- ly(NIPAAm)-Hydrogelen experimentell untersucht. Basierend auf Raman- Spektren wurde die Abhängigkeit des thermischen Quellens/Schrumpfens von verschiedenen Gleichgewichtstem- peraturen und -lösungen gemessen. Zusätzlich setzte man das Raman-Mik- roskop ein, um die strukturelle Homo- genität des Hydrogels zu ermitteln. Die Ergebnisse der Experimente zeigen, dass die Quellung der Hydrogele im Be- reich zwischen 0,45 und 12,0 vom pH- Wert abhängen. Die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften des Hyd- rogels durch einachsige Druckversuche ergab, dass mit zunehmender Tempera- tur der Elastizitätsmodul größer wird. Das Hydrogel kann einem maximalen Druck zwischen 7,0 und 9,5 kPa wider- stehen. P2.10 Integrierte Bioprozessentwicklung – Upstream, Downstream und „Downstream of Downstream“ Dipl.-Ing. F. Grote 1) (E-Mail:[email protected]), Dr.-Ing. R. Ditz 2) , Prof. Dr.-Ing. J. Strube 1) 1) Institut für Thermische Verfahrens- und Prozesstechnik, TU Clausthal, Leibnizstraße 15, D-38678 Clausthal-Zellerfeld 2) Merck KGaA, Frankfurter Straße 250, D-64293 Darmstadt DOI: 10.1002/cite.200750767 In der Verfahrensentwicklung von Bio- prozessen sind Verbesserungen im Downstreambereich eher marginal und verstärken den Eindruck vom Down- stream-Processing (DSP) als dem Bottle- neck des Gesamtprozesses. Vor allem der Produktverlust von 5 – 15 %/Grund- operation zeigt Verbesserungsbedarf auf. Die Rückgewinnung von Wert- stoffen u. a. aus Abfällen stellt eine weitere ökologische und ökonomische Herausforderung dar. Aufarbeitungskos- ten von 70 90 % der Gesamther- stellkosten bei klein- bis mittelvo- lumigen Produkten der Spezialchemie, Lebensmittel- und Pharmaindustrie ver- deutlichen dies. Verbesserungen in der Aufarbei- tungseffizienz nehmen direkt Einfluss auf die Herstellungskosten. Daher soll- te folgender methodischer Ansatz grei- fen: . Darstellung der Grundoperationen der Aufarbeitung mit Short-Cut- Methoden, um Verfahrens- und Pro- duktionskostenabschätzungen treffen und Wirtschaftlichkeitsberechnungen durchführen zu können. Ziel: Pro- zessverbesserungen inklusive Recyc- ling der Hilfsstoffe quantifizieren. . Beschreiben der Grundoperationen mit physiko-chemischen Stoffaus- tauschmodellen für z. B. ein quantita- tives Verständnis sensitiver Phäno- mene. Validierung der ermittelten optimalen Betriebsparameter durch Experimente an Mini-Plant-Anlagen. Ziel: eine konkrete Lösung der defi- nierten Aufgabenstellung inklusive 1312 Chemie Ingenieur Technik 2008, 80, No. 9 Fluiddynamik und Trenntechnik www.cit-journal.de © 2008 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim

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Page 1: Integrierte Bioprozessentwicklung – Upstream, Downstream und „Downstream of Downstream”

und Kapazität gezeigt, wobei verschie-dene nichtionische Tenside (Brij, Triton,Tween) getestet wurden.

Der Einsatz von mizellaren Eluentenermöglicht die Rückgewinnung des Se-

lektors, was für die Kreislaufführungund Wiederverwendung des Selektorsvon großer Bedeutung ist. Mit pH-Shiftkann das gebundene Enantiomer freige-setzt werden und der Selektor kann mit

Trübungspunkextraktion zurück gewon-nen werden. Als Ausblick wird derSchritt vom Einsatz von Mikroemulsio-nen als Ersatz der mizellaren Phase dis-kutiert.

P2.09

Raman Spectroscopy: Stimuli ResponsiveHydrogels for Biomedical ApplicationsM. Sc. Eng. A. Naddaf1) (E-Mail: [email protected]), Prof. Dr. H.-J. Bart1)

1)Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für ThermischeVerfahrenstechnik, TU Kaiserslautern, Gottlieb-Daimler-Straße 44, D-67663 Kaiserslautern

DOI: 10.1002/cite.200750622

Hydrogele sind kovalente oder ionischvernetzte, hydrophile, dreidimensionalePolymernetze, die in unseren Körpernin einer biologischen Gelform existie-ren. Wegen ihrer besonderen Eigen-schaften wie Biokompatibilität und ihresQuellvermögens in Wasser bekommenHydrogele immer mehr Aufmerksam-keit. Aufgrund ihres Potenzials werdenHydrogele für Anwendungen in derBiotechnologie sowie zur Lösung vonUmweltproblemen eingesetzt. Hydro-gele aus Poly(N-isopropylacrylamid) fin-den große Beachtung in biomedizini-schen Anwendungen, wegen ihrer klardefinierten unteren kritischen Lösungs-temperaturen (Lower critical solution

temperature, LCST) um 31 – 34 °C inWasser, was nahezu der Körpertempera-tur entspricht. Außerdem sind sie aus-gezeichnete Biohaftmittel. Sie könnensich längere Zeit an die Magenschleim-haut anhaften und dabei langsam ihreeingekapselten Wirkstoffe freisetzen.Folglich werden Hydrogele im biomedi-zinischen Bereich als sehr interessantbetrachtet, zum Beispiel beim TissueEngineering. Mithilfe der konfokalenRaman-Mikroskopie wurde der Effektvon Temperatur und pH-Wert auf dasVerhalten von selbst synthetisierten Po-ly(NIPAAm)-Hydrogelen experimentelluntersucht. Basierend auf Raman-Spektren wurde die Abhängigkeit des

thermischen Quellens/Schrumpfensvon verschiedenen Gleichgewichtstem-peraturen und -lösungen gemessen.Zusätzlich setzte man das Raman-Mik-roskop ein, um die strukturelle Homo-genität des Hydrogels zu ermitteln. DieErgebnisse der Experimente zeigen,dass die Quellung der Hydrogele im Be-reich zwischen 0,45 und 12,0 vom pH-Wert abhängen. Die Untersuchung dermechanischen Eigenschaften des Hyd-rogels durch einachsige Druckversucheergab, dass mit zunehmender Tempera-tur der Elastizitätsmodul größer wird.Das Hydrogel kann einem maximalenDruck zwischen 7,0 und 9,5 kPa wider-stehen.

P2.10

Integrierte Bioprozessentwicklung – Upstream, Downstreamund „Downstream of Downstream“Dipl.-Ing. F. Grote1) (E-Mail: [email protected]), Dr.-Ing. R. Ditz2), Prof. Dr.-Ing. J. Strube1)

1)Institut für Thermische Verfahrens- und Prozesstechnik, TU Clausthal, Leibnizstraße 15, D-38678 Clausthal-Zellerfeld2)Merck KGaA, Frankfurter Straße 250, D-64293 Darmstadt

DOI: 10.1002/cite.200750767

In der Verfahrensentwicklung von Bio-prozessen sind Verbesserungen imDownstreambereich eher marginal undverstärken den Eindruck vom Down-stream-Processing (DSP) als dem Bottle-neck des Gesamtprozesses. Vor allemder Produktverlust von 5 – 15 %/Grund-operation zeigt Verbesserungsbedarfauf. Die Rückgewinnung von Wert-stoffen u. a. aus Abfällen stellt eineweitere ökologische und ökonomischeHerausforderung dar. Aufarbeitungskos-ten von 70 – 90 % der Gesamther-

stellkosten bei klein- bis mittelvo-lumigen Produkten der Spezialchemie,Lebensmittel- und Pharmaindustrie ver-deutlichen dies.

Verbesserungen in der Aufarbei-tungseffizienz nehmen direkt Einflussauf die Herstellungskosten. Daher soll-te folgender methodischer Ansatz grei-fen:� Darstellung der Grundoperationen

der Aufarbeitung mit Short-Cut-Methoden, um Verfahrens- und Pro-duktionskostenabschätzungen treffen

und Wirtschaftlichkeitsberechnungendurchführen zu können. Ziel: Pro-zessverbesserungen inklusive Recyc-ling der Hilfsstoffe quantifizieren.

� Beschreiben der Grundoperationenmit physiko-chemischen Stoffaus-tauschmodellen für z. B. ein quantita-tives Verständnis sensitiver Phäno-mene. Validierung der ermitteltenoptimalen Betriebsparameter durchExperimente an Mini-Plant-Anlagen.Ziel: eine konkrete Lösung der defi-nierten Aufgabenstellung inklusive

1312 Chemie Ingenieur Technik 2008, 80, No. 9Fluiddynamik und Trenntechnik

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Page 2: Integrierte Bioprozessentwicklung – Upstream, Downstream und „Downstream of Downstream”

Recyclingoptionen auch unter GMPentwickeln.Neben der Entwicklung von Ausle-

gungsmethoden zur Verfahrens- undProzessentwicklung werden Optimie-rungsstrategien zur Produktivitätssteige-rung bei der Produktaufarbeitung an

Beispielen aufgezeigt. Des Weiterensollen Optimierungskonzepte des Up-streams hinsichtlich des Nebenkompo-nentenspektrums für kostenoptimiertesDownstream-Processing erarbeitet wer-den.

[1] S. Sommerfeld et al., Chem. Eng. Process.2005, 44, 1123.

[2] J. Strube et al., in Bioseparation and Pro-cessing (Ed.: G. Subramanian), Vol. 1,Wiley-VCH, Weinheim 2007, 65.

P2.11

Filtrierbarkeit und Scherstabilität von geflocktemBelebtschlammDipl.-Ing. V. Iversen1) (E-Mail: [email protected]), Cand.-Ing. J. Villwock1), Dipl.-Ing. H. Koseoglu2), Dr.-Ing. N. O. Yigit2),Dr.-Ing. A. Drews1), Prof. Dr. M. Kraume1)

1)FG Verfahrenstechnik, MA 5-7, TU Berlin, Straße des 17. Juni 136, D-10623 Berlin2)Department of Environmental Engineering, Suleyman Demirel University, TR-32260 Isparta

DOI: 10.1002/cite.200750453

Obwohl die Abwasserreinigung mitMembranen in den letzten Jahren starkan Bedeutung gewonnen hat, ist dasFouling immer noch ein ungelöstesProblem. Verschiedene Flockungsmittelwurden bezüglich ihrer Wirkung auf dieFiltration untersucht [1]. Von Interessesind dabei vor allem die für die Filtra-tion optimale Dosierung der Flockungs-mittel und die Stabilität der gebildetenAggregate [2].

In Filtrationsversuchen wurde derEinfluss der Konzentration verschiede-ner Flockungsmittel auf die Foulingnei-gung von Belebtschlamm untersucht.Bei einer Überströmgeschwindigkeitvon 0,2 m/s, einem Flux von 27 Lm–2h–1

und Puls/Pause-Betrieb wurde die trans-membrane Druckdifferenz (TMP) auf-gezeichnet. In einer zweiten Versuchs-reihe prüfte man den Einfluss derScherung auf die Partikelgröße, indemdie Probe in einem Rotationsviskosime-ter unter definierten Bedingungen ge-schert und die Partikelgrößenverteilunganschließend durch Laserbeugung be-stimmt wurde.

Für die untersuchten synthetischenPolymere fand sich eine starke Verbesse-

rung der Filtration bei allen verwende-ten Konzentrationen. Beim Einsatz bio-logischer Flockungshilfsmittel oder vonMetallsalzen sollte die optimale Konzen-tration eingehalten werden. Die Zugabevon Stärke (s. Abb.) verringert dengemessenen TMP deutlich, für dieniedrigste Konzentration ist die Filtrier-barkeit nicht optimal. Eine schlech-tere Filtrierbarkeit bei Überdosierungzeigte sich für die Metallsalze. Beiden Versuchen im Rotationsviskosime-

ter wurde nur ein geringer Effekt derScherung auf die Flockengröße gefun-den.

Diese Arbeit wurde von der Europä-ischen Kommission (Vertragsnr. 018328– AMEDEUS) gefördert.

[1] V. Iversen et al., Chem. Ing. Tech. 2007,79 (11), 1951.

[2] K. Mühle, K. Domasch, Chem. Eng. Pro-cess. 1991, 29 (1), 1.

P2.12

Wilhelm Nußelts Grundgesetz des Wärmeüberganges von1915 – so oft zitiert, und doch kaum wirklich gelesen?Prof. Dr.-Ing. H. Martin1) (E-Mail: [email protected])1)Institut für Thermische Verfahrenstechnik – KIT, Universität Karlsruhe (TH), D-76128 Karlsruhe

DOI: 10.1002/cite.200750748

Abbildung. Einfluss verschiedener Stärkekonzentrationen auf die Belebtschlammfil-tration.

Fluiddynamik und Trenntechnik 1313Chemie Ingenieur Technik 2008, 80, No. 9

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